河南省精品課程陶瓷工藝原理-資料下載頁
2024-10-09 15:10本頁面
【正文】 一般來說，低劑量注入時，離子束引起表面硬化，使得材料硬度會增大，但是劑量增到一定程度時，當(dāng)陶瓷表面呈無定形后，硬度就會急劇下降。 ④ 離子注入對陶瓷摩擦性能的影響： 陶瓷材料的摩擦損失常與表面性能有密切關(guān)系。離子注入可以改善材料的表面性能，從而提高材料表面的抗磨損性能 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 二、等離子體噴涂（ plasma spraying） （ 1）等離子體與表面的相互作用 低溫等離子體中存在具有一定能量分布的電子、離子和中性粒子，通過它們與材料表面的撞擊，會將自己的能量傳遞給材料表面的原子或分子，產(chǎn)生解析、濺射、刻蝕、蒸發(fā)等各種物理、化學(xué)過程。一些粒子還會注入到材料表面引起級聯(lián)碰撞、散射、激發(fā)、重排、異構(gòu)、缺陷、晶化或非晶化，從而改變材料表面的組織和性能。 （ 2）脈沖等離子沉積（ pulse plasma deposition） 用于薄膜合成、表面改性技術(shù)中的脈沖能量束一般為脈沖激光束、脈沖電子束、脈沖等離子束。與脈沖電子束、脈沖激光束相比，脈沖等離子體具有電子溫度高、等離子體密度高、定向速度高、功率大等特點。脈沖等離子體應(yīng)用于材料表面改性具有設(shè)備簡單、處理溫度可以在室溫進(jìn)行、沉積速率高、薄膜與基底粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點，并兼有激光表面處理、電子束處理、沖擊波轟擊、離子注入、濺射、化學(xué)氣相沉積等綜合性特點。在制備薄膜時可在室溫下合成亞穩(wěn)態(tài)相和其他化合物材料。 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 （ 3）脈沖高能量密度等離子體 ① 脈沖高能量密度等離子體的基本構(gòu)思：將高能量密度等離子體，瞬間地作用在材料表面，可以導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)局部急劇熔化，緊接著急劇冷卻凝固，加熱或冷卻速率可達(dá)108 ~1010 K/s。因此可以在基材表面形成一層微晶或非晶薄膜，從而達(dá)到改善材料表面性能的目的。通過改變同軸槍內(nèi)、外電極材料，工作氣體種類及工藝參數(shù)，可以獲得不同種類和比例的等離子體束，從而可以在室溫下制備各種穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)相的薄膜 ②脈沖高能量密度等離子體的產(chǎn)生裝置是根據(jù)同軸等離子體加速器的概念設(shè)計的，裝置如右圖所示 + _+++___樣品等離子氣團(tuán)抽真空外電極絕緣體內(nèi)電極開關(guān)充放電路RC脈沖高能量密度等離子體同軸槍原理圖 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 （ 4）脈沖高能量密度等離子體表面改性 ①脈沖高能量密度等離子體技術(shù)用于陶瓷表面金屬化的原因： （ 1）通常用銅代替鋁作為集成電路的金屬材料，目前方法沉積得到的銅膜由于與氧化鋁基底的潤濕性很差，造成金屬膜與基底結(jié)合不牢。 （ 2）脈沖高能量密度等離子體在處理材料時，等離子體能夠與基底材料直接發(fā)生反應(yīng)，這樣，制備薄膜及膜 /基混合可同步實現(xiàn)，能夠有效提高膜 /基結(jié)合力。 ②脈沖高能量密度等離子體技術(shù)用于刀具表面改性方面 利用脈沖高能量密度等離子體技術(shù)在 Si3N4陶瓷刀具和硬質(zhì)合金刀具表面沉積 Ti(C,N)涂層后，具有很好的硬度效果 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 三、激光技術(shù)（ laser spraying） 激光表面處理采用大功率密度的激光束、以非接觸性的方式加熱材料表面，借助于材料表面本身傳導(dǎo)冷卻，來實現(xiàn)其表面改性的工藝方法。 優(yōu)點： ①能量傳遞方便，可以對被處理工件表面有選擇地局部強(qiáng)化； ②能量作用集中，加工時間短，熱影響區(qū)小，激光處理后，工件變形?。? ③可處理表面形狀復(fù)雜的工件，而且容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)線； ④激光表面改性的效果比普通方法更顯著，速度快，效率高，成本低； ⑤通常只能處理一些薄板金屬，不適宜處理較厚的板材，但可以作為建筑衛(wèi)生陶瓷的表面修補(bǔ)； 激光表面處理包括激光表面硬化、激光沖擊硬化、激光表面熔化、激光表面合金化和激光表面涂覆等 （ 1）激光表面處理技術(shù)的原理及特點 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 （ 2）激光表面噴涂 右 圖為激光表面噴涂噴嘴示意圖。該裝置有激光發(fā)生器、噴涂材料供給裝置、高壓氣體供給裝置組成。該方法屬于同步吹送法，它的特點是利用高溫度、高能量密度的激光作為光源，使噴涂材料和噴涂氣氛的氣體反應(yīng)來制作非金屬涂層。 激光發(fā)生器光軸激光束噴涂用噴嘴透鏡保護(hù)氣體粉末高壓氣體高壓氣體噴嘴主噴嘴激光束聚焦點涂層基體移動方向基體線材或粉末送進(jìn)裝置激光噴涂噴嘴示意圖 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 （ 3）脈沖激光沉積鍍膜 它是將準(zhǔn)分子脈沖激光器所產(chǎn)生的高功率脈沖激光束聚焦作用于靶材料表面，使靶材料表面產(chǎn)生高溫及熔蝕，并進(jìn)一步產(chǎn)生高溫高壓等離子體（ T≥104K），這種等離子體定向局域膨脹發(fā)射并在襯底上沉積而形成薄膜。典型的 PLD沉積裝置主要由激光掃描系統(tǒng)、真空室制膜系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)組成（圖 ）。 準(zhǔn)分子激光器激光束聚光透鏡真空室靶材等離子羽輝基片脈沖激光沉積示意圖脈沖激光沉積鍍膜示意圖 優(yōu)點： ① 易于保證鍍膜后化學(xué)計量比的穩(wěn)定 ②反應(yīng)迅速，生長快。 ③定向性強(qiáng)、薄膜分辯率高，能實現(xiàn)微區(qū)沉積 ④生長過程中可原位引入多種氣體 ⑤易制多層膜和異質(zhì)膜 ⑥易于在較低溫度下原位生長取向一致的結(jié)構(gòu)和外延單晶膜 ⑦高真空環(huán)境對薄膜污染少可制成高純薄膜 ⑧可制膜種類多 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 四、爆炸噴涂（ explosion spraying） 噴涂時，首先將定量的乙炔和氧由供氣口送入水冷噴腔的內(nèi)腔，再從另一入口送入氮?dú)?，同時將粉末從供料口送入，這些粉末在燃燒氣體中浮游，火花塞點火，氣體爆炸產(chǎn)生的熱能和壓力轉(zhuǎn)化成動能，使粉末達(dá)到熔融狀態(tài)并高速撞擊基材表面從而形成涂層，圖 炸噴涂的原理示意圖。 火花塞氧氣乙烯氮?dú)饣w爆炸噴涂原理示意圖 2022/10/23 河南省精品課程 —— 陶瓷工藝原理 五、陶瓷粉體的表面包覆改性（ surface coating） 包裹粉體在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用主要在：①提高陶瓷粉體的分散性；②提高燒結(jié)助劑或彌散相在粉體中的均勻性；③阻止彌散體與基體之間的反應(yīng)。在功能陶瓷領(lǐng)域除可以降低粉體表面的缺陷濃度、提高分散性外，還可以改善其電、磁、光、催化以及燒結(jié)性能。從粉體包覆改性過程中顆粒表面發(fā)生的物理化學(xué)變化的角度，有以下幾種包覆改性方法： （ 1）表面吸附改性（ surface adsorption） 表面吸附改性是利用物理或化學(xué)吸附原理，使包覆材料均勻附著在陶瓷粉體上，以形成連續(xù)完整的包覆層 。 （ 2）非均相成核法（ heterogeneous nucleation） 非均勻形核法是利用改性劑微粒在被包覆顆?；w上的非均勻形核并生長來形成包覆層。
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